摘要：介紹了羅茨風(fēng)機(jī)的噪聲源，主要分析了羅茨風(fēng)機(jī)的氣動(dòng)噪聲及其產(chǎn)生噪聲的機(jī) 理。在綜合各種應(yīng)用實(shí)例的基礎(chǔ)上提出了控制噪聲的各種方法，并指出了這些方法在經(jīng)濟(jì)和節(jié)能方面的利弊。提出了降低羅茨風(fēng)機(jī)噪聲的根本途徑是改 進(jìn)風(fēng)機(jī)的氣動(dòng)設(shè)計(jì)和進(jìn)行風(fēng)機(jī)的*選擇、選用合適的安裝及運(yùn)行方式，同時(shí)指 出了今后關(guān)于羅茨風(fēng)機(jī)降噪的研究方向 。
關(guān)鍵詞：羅茨風(fēng)機(jī) 噪聲 產(chǎn)生機(jī)理 降噪 根本途徑

羅茨風(fēng)機(jī)是一種典型的容積式鼓風(fēng)機(jī)，它依靠轉(zhuǎn)子容積的改變，將原動(dòng)機(jī)所加入的機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)闅怏w的壓力和動(dòng)能。與離心式鼓風(fēng)機(jī)相比較，它具有壓頭高、流量受阻力影響小、供風(fēng)穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，但在使用的過(guò)程中普遍存在著效率低、噪聲高的缺點(diǎn)。羅茨風(fēng)機(jī)在化工廠特別是中小型化工廠使用相當(dāng)普遍，由于風(fēng)機(jī)產(chǎn)生較大的噪聲惡化了勞動(dòng)條件，污染了生活環(huán)境，因而日益引起人們對(duì)風(fēng)機(jī)噪聲的重視，開展了有關(guān)風(fēng)機(jī)噪聲產(chǎn)生的機(jī)理和防治措施的研究工作。對(duì)于離心風(fēng)機(jī)和軸流風(fēng)機(jī)在這方面的研究已日趨完善，該文主要分析羅茨風(fēng)機(jī)的氣動(dòng)噪聲源及其產(chǎn)生的機(jī)理，在綜合各種應(yīng)用實(shí)例的基礎(chǔ)上，提出了各種降低噪聲的方法，并對(duì)降低羅茨風(fēng)機(jī)噪聲的根本途徑進(jìn)行了一定的探討。
1  羅茨風(fēng)機(jī)噪聲產(chǎn)生的機(jī)理
1．1 羅茨風(fēng)機(jī)的噪聲源
羅茨風(fēng)機(jī)含有多種噪聲源，其輻射噪聲的部位主要有：（1）進(jìn)氣口和出氣口輻射的空氣動(dòng)力性噪聲；（2）機(jī)殼及電動(dòng)機(jī)、軸承等輻射的機(jī)械性噪聲；（3）基礎(chǔ)振動(dòng)輻射的固體聲。在這幾部分噪聲中，進(jìn)、出口部位輻射的空氣動(dòng)力性噪聲（簡(jiǎn)稱氣動(dòng)噪聲）zui強(qiáng)，其它如機(jī)械噪聲、電磁噪聲等，在風(fēng)機(jī)正常運(yùn)行條件下都是次要的[1]。根據(jù)羅茨風(fēng)機(jī)產(chǎn)生噪聲的頻譜分析，其特點(diǎn)為低頻寬帶。風(fēng)機(jī)的氣動(dòng)噪聲主要由兩部分組成：即旋轉(zhuǎn)噪聲和渦流噪聲。
1. 2 旋轉(zhuǎn)噪聲
旋轉(zhuǎn)噪聲是由于工作輪上均勻分布的葉片打擊周圍的氣體介質(zhì)，引起周圍的氣體壓力脈動(dòng)而產(chǎn)生的噪聲 另外，當(dāng)氣流流過(guò)葉片時(shí)，在葉片表面形成附面層，特別是吸力邊的附面層容易加厚，并產(chǎn)生很多渦。在葉片尾緣處，吸力邊與壓力邊的附面層匯臺(tái)形成所謂尾跡區(qū)。在尾跡區(qū)內(nèi)，氣流的壓力與速度都大大低于主氣流區(qū)的數(shù)值。因而，當(dāng)工作輪旋轉(zhuǎn)肘，葉片出口區(qū)內(nèi)氣流具有很大的不均勻性。這種不均勻性氣流周期地作用于周圍介質(zhì)，產(chǎn)生壓力脈動(dòng)而形成噪聲。氣流的不均勻性愈強(qiáng)，噪聲也愈大。
風(fēng)機(jī)的噪聲具有確定的頻率，其旋轉(zhuǎn)噪聲的頻率為：
fi=i（NZ／60） （1）
式中：N為風(fēng)機(jī)工作輪每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)（r／min）；z為葉片數(shù)；i為諧波序號(hào)（1，2，3，??）。 i=l為基頻，i=2，3，4，??為高次諧音。從噪聲強(qiáng)度來(lái)看，基頻zui強(qiáng)，其次高頻諧音總的趨勢(shì)是逐漸減弱的。典型羅茨風(fēng)機(jī)的頻率特性見圖l、圖2[2]
1．3 渦流噪聲
渦流噪聲又稱旋渦噪聲或紊流噪聲。它主要是由于氣流流經(jīng)葉片時(shí)，產(chǎn)生紊流附面層及旋渦與旋渦**脫體。而引起葉片上壓力的脈動(dòng)所造成的。其產(chǎn)生有4個(gè)方面的原因：其一是物體表面上的氣流形成紊流附面層后，附面層中氣流紊亂的壓力脈動(dòng)作用于葉片、蝸殼內(nèi)表面及局部表面等，產(chǎn)生了噪聲；其二是氣流流經(jīng)物體時(shí)，由于附面層發(fā)展到一定程度會(huì)產(chǎn)生渦流脫落，脫離渦流將造成較大的脈動(dòng)；其三是由于來(lái)流的紊流度引起葉片作用力的脈動(dòng)造成噪聲；其四是由于二次渦流形成的噪聲。
      

圖l 流量10m3/min與30m3/min的羅茨鼓        圖2 流量120rn3/min與140rn3/min羅茨鼓
風(fēng)機(jī)進(jìn)口噪聲頻譜                          風(fēng)機(jī)進(jìn)口噪聲頻譜  
———— 室內(nèi)進(jìn)口軸向0.5m                 —————室內(nèi)進(jìn)口軸向1.Om
–––––室內(nèi)連口軸向0.5m                –––––室內(nèi)進(jìn)口軸向0.6m

一般認(rèn)為，上述4種產(chǎn)生渦流噪聲的原因，由附面層紊流壓力脈動(dòng)和二次渦流輻射的噪聲功率相對(duì)小得多。此外，只要來(lái)流的紊流度不特別大，由于沖角脈動(dòng)形成的噪聲也不太明顯。于是可以認(rèn)為，風(fēng)機(jī)的渦流噪聲主要是由于第二種噪聲，即渦流和渦流脫離引起葉片升力的脈動(dòng)所造成的渦流噪聲。
根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式，渦流噪聲的頻率為：
Fi=i（SrW/L）       （2）
式中：Sr為斯特羅啥爾數(shù)，Sr=0．14～0．20，一般可取0.185；W 為氣體與葉片的相對(duì)速度；L為物體正表面寬度在垂直于速度平面上的投影；i為諧波序號(hào)（i=1，2，3，……）。
由公式（2）可知，風(fēng)機(jī)的渦流噪聲頻率，主要與氣流和葉輪的相對(duì)速度W 有關(guān)。W又與工作輪的圓周速度u有關(guān)。u是隨著工作輪各點(diǎn)到轉(zhuǎn)軸軸心距離而變化的。由內(nèi)到外是連續(xù)變化的。因而風(fēng)機(jī)旋轉(zhuǎn)時(shí)所產(chǎn)生的渦流噪聲是一種寬頻帶的連續(xù)譜。通過(guò)分析可知，風(fēng)機(jī)的空氣動(dòng)力性噪聲是由上述兩種性質(zhì)不同的噪聲相互疊加的結(jié)果。旋轉(zhuǎn)噪聲和渦流噪聲兩種噪聲源強(qiáng)弱取決于葉片的幾何形狀和運(yùn)行工況。
2  羅茨風(fēng)機(jī)噪聲控制的一般方法
對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)使用的風(fēng)機(jī)可根據(jù)風(fēng)機(jī)噪聲的太小、現(xiàn)場(chǎng)條件和降噪要求選用不同的控制措施，一般可概括為安裝消聲器、加裝隔聲罩和改造風(fēng)機(jī)房或進(jìn)行管道包扎等措施。
2．1 機(jī)械噪聲控制方法
對(duì)于羅茨風(fēng)機(jī)的機(jī)械噪聲，控制的方法主要是提高裝配的精度；更換舊的滾珠軸承，或用滑動(dòng)軸承來(lái)代替滾動(dòng)軸承，使轉(zhuǎn)子處于動(dòng)態(tài)平衡；以彈性聯(lián)軸節(jié)連接電動(dòng)機(jī)和鼓風(fēng)機(jī)；加強(qiáng)對(duì)設(shè)備的維修保養(yǎng)，以及加油潤(rùn)滑，擰緊連接的螺栓，更換損壞的零部件等等。這些對(duì)臧弱噪聲均是有效的[3]
2．2 氣動(dòng)噪聲的一般控制方法
2.2.1 安裝消聲器由于一般情況下，從風(fēng)機(jī)進(jìn)氣口和排氣口輻射的空氣動(dòng)力性噪聲比從其他部位輻射的噪聲要高10～20分貝（A） [4] ，因此，控制風(fēng)機(jī)噪聲時(shí)，首先應(yīng)在進(jìn)氣和排氣管道上安裝適當(dāng)?shù)南暺鳎妶D3。風(fēng)機(jī)上采用消聲器，目前國(guó)內(nèi)外均趨向于采用阻性消聲器,而體積較大、消聲頻道較窄的消聲器已很少使用，當(dāng)然消聲器的選擇、設(shè)計(jì)和安裝應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行。


圖3 在風(fēng)機(jī)管道上安裝消聲器
2.2.2建立隔聲罩采用隔聲罩措施，就是將整個(gè)風(fēng)機(jī)機(jī)組用密閉的廂聲罩圍包起來(lái)。其技術(shù)關(guān)鍵是采用怎樣的冷卻措施保證風(fēng)機(jī)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。目前，國(guó)內(nèi)外均以采用風(fēng)冷方法為zui普遍。主要的冷卻形式有：自扇通風(fēng)冷卻法、負(fù)壓吸風(fēng)冷卻法、罩內(nèi)空氣循環(huán)通風(fēng)冷卻法和外加機(jī)械通風(fēng)冷卻法等。具體的設(shè)計(jì)原理、制作和方法介紹見文獻(xiàn)[5]。
2.2.3 改造風(fēng)機(jī)房如果風(fēng)機(jī)組有專門的風(fēng)機(jī)房，則可以結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)情況，采取將已有的風(fēng)機(jī)房改造成隔聲間的方法。即把風(fēng)機(jī)封閉在風(fēng)機(jī)房?jī)?nèi)使其噪聲傳不出去。主要技術(shù)措旋是采用隔聲門、隔聲窗、隔聲屏和墻壁隔聲，應(yīng)用合適的吸聲材料等。
2.2.4 管道包扎為了臧弱從風(fēng)機(jī)風(fēng)管上輻射出來(lái)的噪聲，可以對(duì)管道旋行包扎，廂絕噪聲由此傳播的途徑。管道包扎的方法見圖4。

圖4   管道包扎方法示意圖
2.2.5隔振綜合考慮安全、穩(wěn)定和維護(hù)方便等因素，設(shè)計(jì)選用適當(dāng)?shù)母粽衿鳎员阆龣C(jī)器與機(jī)組之間的剛性連接，從而達(dá)到降低固體振動(dòng)噪聲的目的。也可以挖舫振溝來(lái)代替基礎(chǔ)隔振，可取得一定的效果[6]。
3 羅茨風(fēng)機(jī)降低噪聲的根本途徑
噪聲的控制方法是盡力避免和減少噪聲源產(chǎn)生的噪聲輻射，即盡力減少脈沖力。上述所采用的噪聲控制方法，不僅增強(qiáng)了投資，而且在風(fēng)機(jī)運(yùn)行過(guò)程中會(huì)由于消聲器等的壓力損失而造成能量損失，這對(duì)于節(jié)約能量是很不利的，因此用改進(jìn)風(fēng)機(jī)的氣動(dòng)設(shè)計(jì)和風(fēng)機(jī)的*選擇、合適的安裝及運(yùn)行方式來(lái)降低羅茨風(fēng)機(jī)的噪聲是zui根本的途徑。從現(xiàn)有文獻(xiàn)資料來(lái)看[2、7] ，對(duì)于離心式和軸流式風(fēng)機(jī)，從結(jié)構(gòu)本身的改進(jìn)來(lái)降低噪聲的報(bào)導(dǎo)已有很多，并取得了較大的成效，但對(duì)羅菠風(fēng)機(jī)報(bào)導(dǎo)卻很少見，為此，現(xiàn)對(duì)羅茨風(fēng)機(jī)降低噪聲的根本途徑作一些探討。
3．1 改進(jìn)風(fēng)機(jī)的氣動(dòng)和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
3.1.1 將葉輪做成扭葉葉輪由前述風(fēng)機(jī)噪聲產(chǎn)生的機(jī)理分析可知，當(dāng)工作輪旋轉(zhuǎn)時(shí)，葉片出口區(qū)內(nèi)氣流具有很大的不均勻性，這種不均勻性氣流周期地作用于周圍介質(zhì)，產(chǎn)生壓力脈動(dòng)而形成噪聲。且氣流的不均勻性愈強(qiáng)，噪聲愈大。將羅茨風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子直葉葉輪改為扭葉葉輪，能改善排氣的不均勻性，因而能降低噪聲。
3.1.2 把機(jī)殼內(nèi)圓周面出風(fēng)I；3做成與葉輪頂端素線成一定大小的夾角 氣流沿工作輪出口圓周方向的不均勻性，產(chǎn)生了隨時(shí)間變化的壓力脈動(dòng)，反過(guò)來(lái)，它又影響葉輪中氣流的脈動(dòng)，產(chǎn)生噪聲。把機(jī)殼內(nèi)圓周面出風(fēng)口做成與葉輪頂端素線成一定大小的夾角，能改善氣流的不均勻性，從而降低羅茨風(fēng)機(jī)的噪聲。此
辦法對(duì)于二葉葉輪因幾何尺寸大小會(huì)受到限制，而對(duì)于三葉葉輪則*可以辦到。
3.1.3 將二葉葉輪改為三葉葉輪[8] 將二葉葉輪改為三葉葉輪，增加了羅茨風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子的頭數(shù)，同樣能改善風(fēng)機(jī)排氣的不均勻性，因此可以降低噪聲。將二葉葉輪改為三葉葉輪，其關(guān)鍵是確定三葉葉輪漸開線葉輪的徑距比（K=D/A，其中D為葉輪直徑，A為兩葉輪中心距）。經(jīng)過(guò)改造后的羅茨風(fēng)機(jī)具有氣流脈動(dòng)小，噪聲低等優(yōu)良性能，目前巳為各羅茨鼓風(fēng)機(jī)廠家所關(guān)注。
3．2 控制風(fēng)機(jī)選型、安裝和運(yùn)行噪聲
羅茨風(fēng)機(jī)的噪聲不僅靠改進(jìn)設(shè)計(jì)來(lái)完成，而且對(duì)于給定的任務(wù)，可以用優(yōu)化風(fēng)機(jī)型式和尺寸，以及合理安裝和運(yùn)行來(lái)降低風(fēng)機(jī)的噪聲。
3.2.1 風(fēng)機(jī)的選擇、運(yùn)行方式和安裝布置在實(shí)際管網(wǎng)系統(tǒng)中，為了保證低的噪聲，應(yīng)選擇*的風(fēng)機(jī)型式和尺寸，進(jìn)行正確的安裝，保持合理的運(yùn)行。大多數(shù)風(fēng)機(jī)的zui小聲功率和*效率所對(duì)應(yīng)的工況點(diǎn)是吻合的，這樣，合理的風(fēng)機(jī)選擇無(wú)論從噪聲還是從經(jīng)濟(jì)上都會(huì)得到收益；葉輪頂端圓周速度應(yīng)盡可能地低；
盡可能地保證風(fēng)機(jī)進(jìn)I；3處氣流的均勻；風(fēng)機(jī)與管網(wǎng)的匹配不僅要從氣動(dòng)的觀點(diǎn)，而且也要從聲學(xué)的觀點(diǎn)來(lái)考慮，通過(guò)合理選擇風(fēng)機(jī)直徑、速度及葉片數(shù)，使葉片通過(guò)頻率噪聲的輻射效率zui小。
3.2.2正確地安裝風(fēng)機(jī)的聲功率級(jí)或A聲級(jí)，隨著流量和壓力的增大而增大，安裝時(shí)應(yīng)盡量減少不必要的阻力損失。在流道中及葉輪前盡力避免障礙物產(chǎn)生的尾跡吸人到葉輪中而產(chǎn)生噪聲。消聲器的安裝應(yīng)與葉輪留有一定的安裝長(zhǎng)度，以避免對(duì)葉輪產(chǎn)生影響。
3.2.3 選用合理的調(diào)節(jié)方式由于多數(shù)是在變工況下運(yùn)行，風(fēng)機(jī)的風(fēng)量和風(fēng)壓都要根據(jù)管網(wǎng)的需要進(jìn)行調(diào)節(jié)，因而調(diào)節(jié)方式應(yīng)盡力采用變轉(zhuǎn)速等調(diào)節(jié)系統(tǒng)（如變頻調(diào)速）。因這些調(diào)節(jié)方法，也是產(chǎn)生附加噪聲zui小的方法。
4 結(jié)論
4.1 采用消聲、隔聲、吸聲、隔振等方法，雖能取得一定的噪聲綜臺(tái)治理成效，但只是從傳播途徑上采取
了措施，增加了投資，對(duì)于節(jié)約能源也不利。
4.2 為了使噪聲得到更有效的控制，需從聲源上根本解決問(wèn)題，即選擇*設(shè)計(jì)，提高制造精度和裝配質(zhì)量，選用臺(tái)理的調(diào)節(jié)方式，井采取有效的減振措施，才能取得令人滿意的降噪效果。
4.3 將羅茨風(fēng)機(jī)的葉輪做成扭葉葉輪、把機(jī)殼內(nèi)圓周面出風(fēng)口做成與葉輪頂端素線成一定大小的夾角以及將二葉葉輪改為三葉葉輪等，均可以降低羅茨風(fēng)機(jī)的噪聲。
4.4 今后將要繼續(xù)進(jìn)行羅茨風(fēng)機(jī)噪聲的理論研究，較地預(yù)估噪聲級(jí)，把風(fēng)機(jī)的氣流和結(jié)構(gòu)參數(shù)與氣動(dòng)噪聲級(jí)之間建立起數(shù)學(xué)關(guān)系式。這樣，在風(fēng)機(jī)的設(shè)計(jì)階段可以利用這些關(guān)系式，與氣動(dòng)計(jì)算一起進(jìn)行尋找zui小噪聲和*氣動(dòng)性能的方案，從而在根本上降低風(fēng)機(jī)本身的噪聲。
4.5 進(jìn)行風(fēng)機(jī)噪聲的測(cè)量，建立起相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫(kù)，利用這些數(shù)據(jù)庫(kù)，產(chǎn)生經(jīng)驗(yàn)性設(shè)計(jì)準(zhǔn)則和預(yù)示風(fēng)機(jī)噪聲的數(shù)學(xué)模型，并估算風(fēng)機(jī)的平均性能，從而在滿足用戶的流量、壓力要求的情況下，能從噪聲的角度合理地選擇風(fēng)機(jī)。